CN1299292A

CN1299292A - 高吸收聚合物泡沫材料

Info

Publication number: CN1299292A
Application number: CN99805873A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·A·德斯马雷斯
Original assignee: Procter and Gamble Ltd
Current assignee: Procter and Gamble Ltd; Procter and Gamble Co
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2001-06-13
Also published as: AR015245A1; KR20010041849A; CO5121076A1; ATE255916T1; EG22177A; ZA991990B; MXPA00008961A; TR200002629T2; HUP0101037A3; CA2322524C; DE69913505T2; CZ20003300A3; EP1064030B1; HUP0101037A2; MX230660B; US6083211A; WO1999047183A1; JP2010090388A; CA2322524A1; IL138148A0

Abstract

本发明公开了适合吸收和储存体液如尿、月经和类似物的聚合物泡沫结构。这些储存液体的结构是高吸收可塌陷的聚合物泡沫材料。在与含水流体接触时,这些塌陷的泡沫可以膨胀并吸收这些流体,即使在受到明显的静水压力的对抗时。这些吸收性聚合物泡沫包括互连的开孔泡沫。在一个方面,泡沫克服50厘米的静水压头可以吸收至少约25克/克。在另一方面,本发明的泡沫具有90%下的垂直悬挂吸收高度为至少约60厘米。

Description

高吸收聚合物泡沫材料

技术领域

本申请涉及高吸收聚合物泡沫材料，在受到高压对抗时，该材料能够吸收含水体液如尿液和月经。这类泡沫特别适合用作吸收用品中的储存材料。

背景技术

高吸收性用品的开发是具有相当高的商业意义的主题。这类用品的一个特别理想的特性是干爽性。这可以通过除去穿用者皮肤附近的流体而实现。例如，干燥尿布可以穿用更舒适并不易引起皮肤问题如皮疹(尿布皮炎)。对于妇女卫生垫和棉塞、成人失禁短裤、控制出汗的垫、用于伤口的绷带和类似物来说，也产生同样的好处，其通常含有人类或动物所穿用的那类吸收用品。其它吸收用品包括用于构造防止泄漏、用于控制血的外科手术和用于控制水输送到植物的园艺和农业中的物品。

提供更干爽的吸收用品如尿布的能力随具有能够采集、分配并储存体液如尿液的吸收芯或结构而定。这类芯可以包括两个或多个用于具体功能而优化的组分。例如，该芯可以是一种多层的复合材料，这些层用于迅速采集流体以控制涌流或突然的排泄(insult)，将流体分配到远离起始排泄点的区域，通过将流体不可逆地锁定在该远距离的位置处而储存流体。

本领域有许多储存材料的实例，包括形成水凝胶的吸收性聚合物(下文称为“HFAP”)。在本领域中，这些材料也称为“水解胶体”、“超吸收剂”或超吸收性聚合物。这些材料的使用概括在“吸水的聚合物：专利综述”，Po,R.J.M.S.-Rev.Macromol.Chem.Phys.1994,C34(4),607-662。这类储存材料通常以不同的比例与纤维织物共混而用在吸收芯中。这类HFAP的代表性的实例是轻度交联的聚丙烯酸酯。类似于其它吸收性聚合物，这些轻度交联的聚丙烯酸酯包含许多连接到聚合物主链上的阴离子(带电的)羧基。正是这些羧基使得聚合物能够通过渗透力吸收含水体液。

流体储存也可以基于毛细力。在各种日常现象中毛细力很显著，正如纸巾吸收溢出的流体所说明的那样。本领域有许多由纤维状集合体所形成的毛细吸收剂的实例。另一种毛细吸收剂是水藓(sphagnum moss)，正如1997年6月18日授予Chauvette等人的EP 779,066所述。毛细吸收剂在流体吸收和芯吸速率，即将含水的体液移动到远离初始接触点的能力方面可提供优良的性能。的确，上述的双层芯吸收结构使用纤维基质作为主要的毛细传输工具，将初始采集的含水体液移动通过吸收芯，使其能被位于吸收芯各层或各区中的HFAP吸收和保留。但是，当用作储存元件时，这类构造在压力下可能会失败，导致流体挤出或放出。

现以发现，将吸收性泡沫用在吸收用品如尿布中是非常理想的。如果制备合适，开孔的亲水性聚合物泡沫可以提供用于高性能吸收芯中所需的有用的毛细流体采集、传输和/或储存。含有这类泡沫的吸收用品可以在使用期间提供理想的湿态完整性、持续的合身性、使形状的变化最小化(如溶胀、隆起)并提供皮肤干爽性。通过使用具有差异毛细压力的多层泡沫从而使大部分流体终止在最远离穿用者皮肤的层中而实现该干爽性。在US5,563,129(下文将描述)中描述了这些设计的实例。

已有由高内相乳液(此后称作“HIPE”)制备最有用的用于吸收产品如尿布的吸收泡沫。参见例如，US5,260,345(DesMarais等)，1993年11月9日授权和US5,268,224(DesMarsis等)，1993年12月7日授权，US5,387,207(Dyer等)，1995年2月7日授权，US5,652,194(Dyer等)，1997年7月29日授权，US5,563,179(Stone等)，1996年10月8日授权，和US5,563,129(上文)及US5,560,222(DesMarais等)，1997年7月22日授权，将每篇专利的公开内容引入作为参考。这些吸收性HIPE泡沫通常提供所希望的流体处理性能，包括：(a)相对更好的芯吸和流体分配特性，以便输送吸收的尿或其它体液，使其远离初始的接收区，并进入泡沫结构中未使用的平衡区，以便容纳随后流出的涌流，和(b)在负荷下，即在压力下，较高的储存容量和较高的流体容量。这些衍生于HIPE的吸收泡沫也是足够柔韧和柔软的以给这些吸收用品的穿用者提供高度的舒适感，且其可以制造得相对较薄直到随后被吸收的体液润湿。

在这些衍生于HIPE的泡沫在适当设计的吸收用品中非常有效的同时，还存在与吸收产品设计中进一步的进展相关的进一步的改进的机会。在一设计实例中，将整个储存元件放置在远离裆区并且其位置比裆区更高(参照站立的穿用者)。在尿布中，这类设计使在穿用者的敏感的裆区内储存的流体量最小化。这不仅保持了尿布的起始舒适的形状，而且使裆区比所需的更薄。可能最重要的是，该设计可以保持裆区更为干爽使皮肤更健康，因为尿液通过储存芯从该位置处基本上除去。该设计需要储存芯内有能够排出采集层的水分、然后通过毛细作用芯吸所吸收的流体至排放区上方某个明显的高度。典型的分配材料在1998年3月13日提交的DesMarais等人的共同待审的美国专利申请流水号…、题目为“分配含水流体的吸收材料”(P&G案号7051)中，有更详细的描述。然后，将储存元件集中在相比于裆区更接近于穿用者的腰部位置。因此，产品设计包含能够接受流体涌流的相对开口的采集元件、分配层和能够从分配层除去流体的储存层，所述分配层具有充分的毛细压力以便在下一个流体涌流可能出现前，从采集部件基本上除去流体，然后将流体芯吸至所需的高度。(所述部件通常理解为“层”，但原则上可以包括与产品的功能相一致的任何形状。)

根据产品及其芯的尺寸和穿用者相对于地面的位置，该实例中所需的绝对高度可以变化。通常，对于婴儿(其很少处于直立状态)来说，该高度为约12厘米，对学走路的更大的婴儿来说，该高度通常为约15至20厘米以及对于成人来说，该高度可达25厘米。储存元件必须能够至少克服这些高度所产生的静水压力而吸引流体。但是，另外，储存元件必须克服对着其放置的采集层或分配层的解吸压力。参见1998年3月13日提交的DesMarais等人的共同待审的美国专利申请流水号…、题目为“分配含水流体的吸收材料”(P＆G案号7051)，其目的在于改进的流体分配材料。对于任何一种能够芯吸20厘米流体的材料来说，该解吸压力大于20厘米。该解吸压力可以是吸收压力的两倍或两倍以上。

尽管具体实例将会变化，但经验表明，储存元件通常必须能够克服总压力(解吸加上重力)采集标称表面张力的含水流体，所述总压力至少为约40厘米，优选至少为约50厘米，更优选至少约为60厘米，最优选至少约70厘米。在那些其中裆区只含有流体采集和/或分配材料(即，没有真正的储存材料)的吸收用品中，最终达到的裆区的干爽程度是采集和/或分配部件的解吸压力、储存部件相对于采集部件的高度以及储存元件的吸收压力和容量的函数。能够提供产生高度干爽性所必需的毛细压力的储存元件通常可以描述为“高吸收”元件。

储存元件的总容量也是非常重要的。尽管可以将许多材料如纤维网密实化以克服约40至70厘米的总压力采集流体，但这类部件的容量或空隙率较差，通常在40厘米总压力下小于2至3克/克。密实化还减少0厘米下的容量。另外，由于差的机械强度，这类网往往在压力(静水压力和机械压力)下塌陷，进一步减少了其有效容量。甚至在受到相当于大于约30-40厘米静水压力的压力时，本领域描述的用作储存部件的吸收泡沫往往会塌陷。(静水压力等同于机械压力，其中1psi(7kPa)机械压力相当于70厘米静水压力)。同时，该塌陷实质上减少了(通常在约5至8倍之间)这些泡沫的有效容量。尽管该减少的容量原则上可以通过使用更多的吸收材料而克服，但从成本和薄度方面考虑，这通常是不实际的。

储存材料的第三个重要的参数是在吸收含水流体、与流体接触时迅速膨胀之前保持薄形的能力。此特征在上文的USP5,387,207中作了详细描述。这提供了一种相对薄的直到在其穿用周期结束时其被流体饱和时为止的产品。该“薄直到润湿”(“thin-until-wet”)的性能随泡沫内所产生的毛细压力的平衡和泡沫强度而定，如前面的USP5,387,207所述。

储存元件的一个重要特性是在其本身内芯吸流体的能力。其中采集或分配部件和储存元件的重叠只是部分的，为成为有效的，储存部件本身必须能够通过其自身芯吸流体。

最后，理想的是，储存元件必须充分坚韧以经受住使用和生产过程，充分柔韧以舒适且适合于采用大规模生产所用的商业上可行的方法生产。

因此，人们希望能够制造一种开孔的吸收聚合物泡沫材料，该材料：(1)在相对高的高度下对含水流体呈现出相对高的容量；(2)在被这些体液润湿之前的正常的储存和使用期间可以相对较薄和重量轻；(3)能够在其本身内芯吸流体；(4)在压力负荷下具有充分的回弹性、坚韧性和强度以吸收和保持这些体液；以及(5)可以在不牺牲这些所需的吸收性和机械性能至不可接受的程度下经济地生产出来。

发明概述

本发明涉及高吸收储存材料，特别是高吸收可塌陷的聚合物泡沫材料。在与含水流体(特别是含水体液如尿液)接触时，这些材料可以膨胀并吸收这些流体，即使在受到明显的静水压力的对抗时。这些吸收性聚合物泡沫包含互连的开孔的聚合物泡沫结构。在一个方面，泡沫对抗50厘米的静水压头可以吸收至少约25克/克。即，在50厘米下，该泡沫的垂直芯吸吸收容量至少约25克/克。垂直芯吸吸收容量是在给定的高度下在垂直悬挂在测试流体的容器上方的泡沫条内的部分的容量。这是根据下面的测试方法部分中所述的方法测定的。

在另一方面，本发明的泡沫具有90％下的垂直悬挂吸收高度(“VHSH”)为至少约60厘米。(在90％下泡沫的VHSH是在垂直悬挂的泡沫条内的高度，在该高度下泡沫包含在高度为0厘米下测定的其容量的90％。这是根据下面的测试方法部分中所述的方法测定的。)泡沫进一步能够在其自身内芯吸流体以有效使用其整个容积。该泡沫结构进一步是薄直到润湿时、柔韧的、坚韧的且可以通过工业方法生产。

本发明还涉及得到这些高吸收吸收泡沫的方法，其是通过聚合特定类型的油包水乳液或具有油相和水相的HIPE得到的。该方法包括下列步骤：

A)在不大于6000秒^-1的剪切速率下，由下列物质形成油包水乳液：

1)一油相，包含：

a)85至98％重量的能形成Tg为35℃或更低的共聚物的单体组份，该单体组份包含：

ⅰ)45至70％重量的至少一种基本上不溶于水的能形成Tg为25℃或更低的无规非晶聚合物的单官能单体；

ⅱ)10至30％重量的至少一种基本上不溶于水的能提供与苯乙烯所提供的韧度相等的韧度的单官能共聚单体；

ⅲ)5至25％重量的基本上不溶于水的第一多官能交联剂，该交联剂选自下列物质组成的组：二乙烯基苯，三乙烯基苯，二乙烯基甲苯，二乙烯基二甲苯，二乙烯基萘，二乙烯基烷基苯，二乙烯基菲，二乙烯基联苯，二乙烯基二苯基甲烷，二乙烯基苄基，二乙烯基苯基醚，二乙烯基二苯基硫醚，二乙烯基呋喃，二乙烯基硫醚，二乙烯基砜，四[2-乙氧基丙烯酰氧基]硅烷及其混合物；和

ⅳ)0至15％重量的基本上不溶于水的第二多官能交联剂，该交联剂选自由下列物质组成的组：多官能丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺及其混合物；和

b)2至约15％重量的一乳化剂组份，该乳化剂组分能溶于油相且适于用于形成稳定的油包水乳液，所述乳化剂组份包括至少40％重量乳化组份的第一乳化剂，该第一乳化剂选自由下列物质组成的组：支化C₁₆-C₂₂脂肪酸的双甘油单酯，线性不饱和C₁₆-C₂₂脂肪酸的双甘油单酯和线性饱和C₁₂-C₁₄脂肪酸的双甘油单酯；支化C₁₆-C₂₄脂肪酸的脱水山梨醇单酯，线性不饱和C₁₆-C₂₂脂肪酸的脱水山梨醇单酯，线性饱和C₁₂-C₁₄脂肪酸的脱水山梨醇单酯；支化C₁₆-C₂₄醇的二甘油单脂族醚，线性不饱和C₁₆-C₂₂醇的二甘油单脂族醚，线性饱和C₁₂-C₁₄醇的二甘油单脂族醚，及其混合物；

2)一水相，包含：(a)0.2至20％重量一溶于水的电解质；和(b)一有效量的聚合引发剂；

3)水相与油相的重量比在30∶1至100∶1的范围内；和

B)在油包水乳液的油相中聚合单体组份以形成聚合物泡沫材料。

可以随后将聚合物泡沫脱水至形成塌陷的聚合物泡沫材料的程度，该泡沫材料在与含水流体接触时将会再膨胀。

本发明的方法使得能够从由HIPE形成这些强度更大、更加均匀的泡沫。该新方法需要乳液混合方法的改变，下文将详细描述。

附图简述

附图中图1所示为含有吸收芯的尿布的分解图，所述吸收芯含有本发明的高毛细吸入能力的储存元件。

附图中图2a所示为如图1所示的尿布中所含的另一典型的多层芯的分解图。

附图中图2b所示为如图1所示的尿布中所含的另一典型的多层芯的分解图。

附图中图3所示为本发明的高吸收聚合物泡沫的显微照片(放大500倍)。该泡沫是根据下文的实施例2制备的。

附图中图4所示为图3的泡沫的显微照片(放大1000倍)。

附图中图5所示为本发明的三种泡沫和一种现有技术的衍生于HIPE的泡沫的垂直悬挂吸收高度曲线图。

发明详述

Ⅰ高吸收的聚合物泡沫

A．垂直芯吸吸收容量和垂直悬挂吸收高度

在一个方面，本发明的高吸收材料包含在50厘米的静水压力下垂直芯吸吸收容量至少约25克/克的聚合物泡沫结构。优选的泡沫在50厘米的静水压力下垂直芯吸吸收容量至少约27克/克、更优选的至少约30克/克。聚合物泡沫通常在50厘米的静水压力下的垂直芯吸吸收容量为约25-90克/克、更通常至少约27-70克/克、最通常至少约30-60克/克。

在另一方面，本发明的高吸收泡沫的平衡90％VHSH至少约60厘米、优选至少约70厘米且更优选至少约80厘米。优选，泡沫具有的90％VHSH为约60-80厘米、更优选约70-90厘米、进一步优选约80-90厘米。尽管不是必要条件，但特定泡沫具有所述的垂直芯吸吸收容量和90％VHSH性能两者。

高吸收、高容量的储存泡沫的开发需要五个主要特征。首先，吸收泡沫必须具有充分的开孔空隙率(呈其膨胀状态)以便吸收大量的含水流体(基于克/克)。其次，吸收泡沫必须具有高的每单位容积表面积，高吸收来自于该特征。第三，吸收泡沫必须是基本上亲水性的(具有下文将描述的高附着张力)。第四，吸收泡沫在干燥时必须是薄的，在与含水体液如尿液接触时迅速膨胀。第五，吸收泡沫必须具有充分的强度以抵抗在静水压力和机械压力的结合压力作用下的塌陷而继续发挥作用。

获得具有这些性能的泡沫需要在泡沫内开发一组新的性能以及获得泡沫的方法。这些性能包括控制泡孔大小的均匀性和高的压缩强度。就前者而言，本发明提供的吸收泡沫具有相当高的均匀程度的泡孔大小。泡孔是泡沫内的主要重复元素，且其特征在于单元的边缘之间的最大尺寸的直径。不受理论的束缚，据信需要该高度的均匀性以获得实现其功能所需的性能。具有相对差的泡孔大小均匀性的泡沫呈现出一毛细压力分布，其可导致部分泡沫不能竞争流体。通过下文将描述的改进的加工技术已经获得比现有技术中所描述的泡沫的更大的泡孔大小均匀性。

本发明还提供了具有高的压缩强度的泡沫。压缩强度对实现吸收产品内的全部功能是重要的。施加到吸收泡沫上的负荷有两个来源。首先，穿用者可能会通过运动或与表面的接触施加负荷，该负荷可挤出泡沫中的流体。其次，通过将储存元件分布在相对高于排泄区的高度处(对于站立的穿用者而言)而施加的毛细压力也施加了相似的负荷。这些负荷可以导致吸收泡沫过早地塌陷，这固有地将其有效容量减少了显著量，通常约4至8倍。

B．泡沫的一般特征

用于吸收用品和结构中的根据本发明的聚合物泡沫是相对开孔的。这意味着泡沫的各个泡孔(cell)完全地、不受阻碍地与相邻泡孔相通。这些基本上是开孔结构的泡沫结构中的泡孔具有泡孔间的开孔或“窗户”，这些开孔大到足以允许流体容易地从泡沫结构中的一个泡孔转移到另一个泡孔中去。

这些基本上开孔的泡沫结构一般都具有网状特征，各个独立的泡孔被许多相互连接的三维支化网所限定。构成这些支化网的聚合材料纤维丝可以被称为“柱架”(struts)。有典型的柱架型结构的开孔泡沫以举例方式示于图3和图4的显微照片中。对本发明的任何目的来说，如果泡沫结构中至少80％的泡孔(大小至少1μm)与至少一个相邻的泡孔是液体相通的话，那么，该泡沫材料就是“开孔的”。

除了是开孔的外，这些聚合物泡沫是充分亲水的以允许泡沫吸收下面将定义的量的含水流体。通过在聚合后留在泡沫结构中的残余亲水性表面活性剂或通过选择的聚合后泡沫处理方法(如下所述)，使泡沫结构的内表面成为亲水性的。

这些聚合物泡沫结构的亲水程度可以通过与可吸收的测试流体接触时呈现出的“粘合张力”值定量表示。这些泡沫所呈现的粘合张力利用一种方法可以实验性地确定，该方法是测量已知尺寸和毛细吸入比表面积的样品吸收测试流体如合成尿的重量来进行的。这种方法在上文的US5,387,207的试验方法部分作了更详细的描述。用作本发明的吸收剂的泡沫一般是粘合张力值为约15至约65达因/厘米，更优选约20至约65达因/厘米(通过毛细吸收表面张力为65±5达因/厘米的合成尿来测定)的那些泡沫。

本发明的聚合物泡沫可以以塌陷的(即未膨胀的)聚合物泡沫的形式制备出来，在与含水流体接触时，这些聚合物泡沫膨胀并吸收这些流体。这些塌陷的聚合物泡沫通常通过压缩力从聚合物的HIPE泡沫中挤出水和/或加热干燥和/或真空脱水。在压缩、和/或加热干燥和/或真空脱水后，聚合物泡沫呈塌陷的或未膨胀的状态。USP5,652,194(上文所述)中描述了用于制备这些“薄直到润湿”的吸收泡沫的方法。

在压缩、和/或加热干燥和/或真空脱水后，当被含水流体润湿时，塌陷的聚合物泡沫可以重新膨胀。令人惊奇的是，当在这类产品在储存、运输、陈列和使用前的典型条件下储存时，这些聚合物泡沫长时间地保持在该塌陷的或未膨胀的状态。在压缩、和/或加热干燥和/或真空脱水至可实用的程度后，这些聚合物泡沫含有残留的水，包括与掺入聚合物泡沫中的吸收性的水合盐相关的水合水和泡沫内所吸收的游离水。据信，该残留的水(由水合的盐所协助)对所得的塌陷泡沫结构施加毛细压力。

这些泡沫的一个重要参数是其玻璃化转变温度(Tg)。Tg代表聚合物玻璃态和橡胶态之间的转变中间点。具有比使用温度高的Tg的泡沫强度非常高，但也非常刚硬且潜在地易于破裂。在塌陷状态下长期储存后，用温度比聚合物的Tg低的含水流体润湿时，这类泡沫恢复到膨胀状态通常也需要较长的时间。理想的机械性能，特别是强度和回弹性的组合，通常需要相当精细地选择单体类型和用量范围来达到这些所希望的性能。

对本发明的泡沫而言，优选的是，聚合物的Tg比使用温度至少低约10℃。因此，应尽可能多地选择单体，使所产生的相应的均聚物具有较低的Tg。Tg是由动态力学分析(DMA)测量得到的损耗角正切值(tan[δ])-温度曲线衍生而来，这一点在1997年5月27日授予Dyer等人的USP5,633,291的测试方法部分作了描述，将该专利引入本文作为参考。

C．高吸入泡沫结构的性质

1．毛细吸入比表面积和毛细吸收压力

高的表面积和粘合张力对获得高的吸入是重要的。通常，“毛细吸入比表面积(CSSSA)”是测试液体可以接近的每单位质量的本体泡沫材料(聚合物结构材料加上固体残留材料)形成特定的泡沫聚合物网络的表面积的量度。CSSSA通过泡沫内的泡孔单元的尺寸和聚合物的密度来确定，因此其是定量化泡沫网络所提供的固体表面的总量到这类表面参与吸收性的程度的方法。对于本发明来说，通过测定已知质量和尺寸的泡沫样品内所出现的低表面张力的液体(如乙醇)的毛细吸收量来测定CSSSA。使用上文所述的USP5,387,207中所述的技术来测量CSSSA和粘合张力。也可以使用用于测定CSSSA或粘合张力的任何合理的可供选择的方法。

用作吸收剂的本发明的膨胀的聚合物泡沫是那些CSSSA至少为约0.1米²/毫升的泡沫。CSSSA的范围通常为约0.1-0.6米²/毫升、优选约0.15-0.55米²/毫升、最优选约0.18-0.50米²/毫升。具有这种CSSSA的泡沫可以产生充分的毛细压力以将泡沫保持在塌陷的、未膨胀的状态直到被这类含水流体润湿时为止，所述泡沫也可以产生相当高的毛细压力。

毛细吸收压是密度(空隙率或容量)、CSSSA和粘合张力的影响相结合的一个有用的量度。(参见P.K.Chatterjee和H.V.Nguyen的“Absorbency”(吸收性)，Textile Science and Technology(纺织科技)，第7卷，P.K.Chatterjee编辑；Elsevier:Amsterdam,1985；第二章。)对本发明的目的而言，所说的毛细吸收压是指在31℃平衡条件下垂直芯吸的流体负荷是自由吸收容量的50％时的静压头。静压头是由高度为h的流体(如合成尿)柱来表示的。为了在吸收用品中特别适用于吸收含水流体，本发明优选的吸收泡沫通常具有的毛细吸收压至少约为45厘米、更优选至少约55厘米、进一步优选至少约65厘米。本发明的泡沫通常具有的毛细吸收压至为约45-150厘米、更优选至少约55-120厘米、进一步优选至少约65-90厘米。以前在文献中公开的泡沫在这些压力下将塌陷，并损失其大部分的有效容量。为了测量泡沫的毛细吸收压力的目的，申请人使用了得自Brugeni,A.A.；Kapur,C.,Textile ResearchJournal(纺织研究杂志)1967,356-366的改进方法。该方法在下文的测试方法部分作了详细描述。

2．自由吸收容量

本发明的吸收泡沫的另一个重要性能是其自由吸收容量。“自由吸收容量”是给定泡沫样品的每单位质量固体样品材料(在无负荷下或0厘米高度下)吸收进其泡孔结构中的试验流体(合成尿)的总量。为了在吸收用品中特别适用于吸收含水流体，本发明的吸收泡沫应具有的自由吸收容量为每克干泡沫材料约30-100毫升、优选约30-75毫升、最优选约30-65毫升的合成尿。测量泡沫的自由吸收容量的方法在USP5,563,179(上文)中作了描述。

3．膨胀因子

在暴露于含水流体时，本发明的塌陷的泡沫膨胀并吸收流体。为了本发明的目的，用于压缩脱水的泡沫的膨胀厚度与塌陷厚度之间的关系可以由下列等式经验地预测：

Th_膨胀的=Th_塌陷的×((0.133×W∶O比例)±2)

其中：Th_膨胀的是泡沫呈其膨胀状态时的厚度；

Th_塌陷的是泡沫呈其塌陷状态时的厚度；

W∶O比例是用于制备泡沫的HIPE的水与油的比例。

因此，由水与油的比例为60∶1的乳液制备的典型泡沫具有的预测的膨胀因子为8.0(范围为6-10)，即，泡沫的膨胀厚度是塌陷厚度的8倍。用于测量膨胀因子的方法在后面的测试方法作了描述。这些泡沫的“膨胀因子”至少约4倍，即泡沫呈其膨胀状态时的厚度至少是泡沫呈其塌陷状态时的厚度的约4倍。塌陷的泡沫优选具有的膨胀因子的范围为约4倍至15倍、更优选约5倍至10倍。

4．耐压缩变形

本发明的吸收性聚合物泡沫的一个相关的特征是其处于膨胀状态时的强度由其抵抗压缩变形(RTCD)所泱定。此处的泡沫所显示的RTCD是聚合物模量，及密度和泡沫网络结构的函数。而聚合物的模量是由下列因素泱定：a)聚合物组成；b)泡沫的聚合条件(例如，所得到的聚合反应，尤其是交联的完全性)；和c)聚合物被残余材料，如加工后残留在泡沫结构中的乳化剂增塑的程度。

为了用作高吸入储存元件，本发明的泡沫必须适当地抵抗这些吸收材料在吸收和保留流体时所遇到的压力所引起的的形变或压缩。就RTCD而论，当位于高于排泄区的高度时，不具有充分的泡沫强度的泡沫不能够采集和储存可接受量的来自分配材料的体液。在由包含泡沫的吸收用品的使用者的运动和活动所引起的压缩应力作用下，这类强度弱的泡沫也将容易释放出这类流体。

本发明的聚合物泡沫所呈现出来的RTCD可以通过测量在一定的限定压力下将饱和泡沫样品保持一定的温度和时间所产生的应变量来定量。进行此特定类型的测试的方法在USP5,563,179(上文)中作了详细描述。用作吸收剂的泡沫是那些呈现RTCD的泡沫，使得当泡沫被表面张力为65±5达因/厘米的合成尿饱和至其自由吸收容量时，5.1kPa的限定压力使泡沫结构产生通常约20％或更低压缩的应变。优选的是，在这类条件下所产生的应变的范围为约1-10％、更优选约2-8％、最优选约2-5％。

5．泡孔尺寸的均一性

泡孔是通过聚合含单体的油相而形成的，所述油相包围着相对无单体的水相液滴。这些泡孔通常基本上是球形的。这些球形泡孔的大小或“直径”是一般用来表征泡沫的通常使用的参数。由于给定的聚合物泡沫用品将不必具有近似相同的大小，通常将规定平均泡孔大小，即平均泡孔直径。

有许多技术可用来测量泡沫的平均泡孔大小。一种有用的用于测量泡沫中泡孔大小的技术包括基于泡沫样品的扫描电子显微镜照相的简单测量。例如，图3示出了根据本发明的呈其膨胀状态的典型的HIPE泡沫结构。叠加在显微镜照片上的是表示50微米长的标度。这一标度通过图像分析法可以用来测量平均泡孔大小。

这里所给出的泡孔大小测量是基于如图3所示的泡沫呈其膨胀状态的数均泡孔大小。根据本发明的用于吸收含水体液的吸收剂的泡沫优选的数均泡孔大小为约50微米或更低，通常为约5至约25微米。

6．泡沫的其它性质

本文所定义的“泡沫密度”(即，在空气中每立方厘米泡沫体积的泡沫的克数)是基于干重。在计算和表示泡沫密度时，不考虑所吸收的水溶性残余物质的量，例如，在HIPE聚合、洗涤和或亲水化后，如留在泡沫中的残余的盐和液体。但，泡沫密度确实包括其它水不溶性的物质如聚合的泡沫中所存在的乳化剂。事实上，这类残余物质给泡沫材料贡献了大量的质量。

提供测定每单位体积的泡沫结构的固体泡沫材料的质量的任何适宜的重量分析方法都可以用来测量泡沫密度。例如，US5,387,207(上文描述)的试验方法部分详细描述的ASTM重量分析法是一种可以用来测定密度的方法。在其塌陷状态下，用作吸收剂的本发明的聚合物泡沫具有的干燥密度值在约0.1至约0.2g/cc(克/毫升)，优选在约0.11至约0.19g/cc，最优选在约0.12至约0.17g/cc之间。在其膨胀状态下，用作吸收剂的本发明的聚合物泡沫具有的干燥密度值在约0.010至约0.032g/cc(克/毫升)，优选在约0.013至约0.032g/cc，最优选在约0.015至约0.032g/cc之间。

Ⅱ由HIPE制备聚合物泡沫

A概述

通过具有较高的水相与油相比率的某些油包水乳液、在本技术领域通称为“HIPEs”的聚合可以制备本发明的聚合物泡沫。从这些乳液的聚合所生成的聚合物泡沫材料此后称为“HIPE泡沫”。该方法的概述在USP5,563,179(下文将描述)、1996年11月5日授予DesMarais的USP5,571,849和1997年7月22日授予DesMarais的USP5,560,222，将这些专利的公开内容引入本发明作为参考。在该方法中的某些至关重要的参数在下文的实施例部分中作了描述。

用来形成HIPE乳液的水相和油相的相对量与许多其它参数一起，对于决定所得的聚合物泡沫的结构、机械性能和使用性能方面是重要的。具体地说，在乳液中水与油的比率可影响泡沫的密度、泡孔大小和毛细吸入比表面积及形成泡沫的柱架的尺寸。用来制备本发明的HIPE泡沫的乳液通常具有的水相与油相的体积重量比为约30∶1至100∶1，更优选约30∶1至约75∶1、最优选约30∶1至约65∶1。

1．油相组份

HIPE乳液的连续油相包含聚合形成固体泡沫结构的一些单体。其它的油相配料包括乳化剂、抗氧化剂、颜料等，如USP5,563,179(下文所述)所详细描述的那样。

2．水相组份

HIPE乳液的不连续水内相通常是含一种或几种溶解组份的水溶液。在USP5,563,179(上文所述)中详细描述了典型的盐、引发剂和其它添加剂的实例。

3．亲水表面活性剂和可水合的盐

形成HIPE泡沫结构的聚合物优选基本上没有极性官能团。这意味着聚合物泡沫是相对憎水性的。当将这些泡沫用作含水流体如尿液、血液、月经、粘液和其它身体渗出物以及泼洒的果汁、饮料和牛奶等的吸收剂时，通常需要进一步处理，以使泡沫相对更亲水一些。泡沫的亲水作用可以通过用亲水表面活性剂以下列专利所详细描述的方式处理HIPE泡沫来实现的，所述专利包括：USP5,563,179(上文所描述)、1993年10月5日授予DesMarais的USP5,250,576和1994年3月8日授予DesMarais的USP5,292,777，将这些专利的公开内容引入本发明作为参考。其它处理方式包括对表面进行化学改性，如下文的专利所描述的那样，所述专利包括：USP4,536,521(Haq),1985年8月20日授权，Price,G.J.；Clifton,A.A.,Keen,F.的Polymer 1996,37(26),5825和其中所引用的参考文献以及1997年4月3日公开的W097/11989，将这些专利的公开内容引入本发明作为参考。

B．得到HIPE泡沫的工艺条件

泡沫的制备一般包括如下步骤：1)生成稳定的高内相的乳液(HIPE)；2)在适于生成固体聚合泡沫结构的条件下，使这种稳定的乳液聚合/固化；3)任选洗涤该固体聚合泡沫结构，以从聚合泡沫结构中除去原来残留的水相和如果需要，用亲水性表面活性剂和/或可水合盐处理聚合物泡沫结构，以沉积任何需要的亲水性表面活性剂/可水合盐，和4)之后使这种聚合物泡沫结构脱水。这些方法详细描述在USP5,563,179(下文将描述)、1992年9月22日授予DesMarais的USP5,149,720中，将这些专利的公开内容引入本发明作为参考。也参见1996年9月17日提交的共同待审的美国专利申请流水号08/716,510(T A.DesMarais)(引入本发明作为参考)，其描述了具有HIPE再循环回路的改进的连续方法。

已经对针式搅拌机(pin impeller)进行了进一步的改进以使本发明泡沫的泡孔大小具有高度均匀性。一种优选的形成具有高度的泡孔均匀性的HIPE的方法包括组合和乳化必需的油相和水相的连续方法。在混合室或区(优选是圆筒)中，相结合的液流一般都经受，例如由适当的构型和尺寸的针式搅拌机所提供的低剪切搅拌。采用低剪切搅拌在HIPE内提供了高度的泡孔大小均匀性，其导致具有改进的吸入能力的泡沫。采用本发明方法中所用类型的针式搅拌机，搅拌机针尖速度(此后称为“针尖速度”)和针尖与混合室壁间的距离(此后称为“针-壁间距”或“间距”)对剪切速率是重要的。此处针式搅拌机的剪切速率定义为针尖速度除以针-壁间距。就本发明的目的而言，此组合是可变的，剪切速率应不大于6000sec^-1(秒^-1)。优选以不大于5400秒^-1的速率、更优选以不大于5100秒^-1的速率剪切混合的油/水相液流。所用的剪切速率通常为约3000-6000秒^-1、更优选约3000-5400秒^-1、最优选约3300-5100秒^-1。针尖速率应在约150英寸/秒(381厘米/秒)至约600英寸/秒(1524厘米/秒)，优选约150英寸/秒(381厘米/秒)至约500英寸/秒(1270厘米/秒)，更优选在200英寸/秒(508厘米/秒)至约400英寸/秒(1016厘米/秒)。针-壁间距应在1％和6％圆筒直径之间，优选在1％至4％圆筒直径之间，更优选在1.5至4％圆筒直径之间。

Ⅲ．高吸入聚合物泡沫的用途

本发明的高吸入聚合物泡沫在各种各样吸收用品中特别适用作吸收结构(如吸收芯或芯的元件)的存储部分。此处“吸收用品”是指一种消费品，它能吸收大量的尿或其它流体(即液体)，象失禁穿用者或用品使用者排泄的含水粪便物(流动的肠排泄物)。这些吸收用品的实例包括一次性尿布、大小便失禁服装、月经用品如棉塞和卫生巾、一次性短裤、床垫等。该吸收泡沫结构特别适宜用于如尿布、大小便失禁垫或衣服、床垫、衣服的保护物等用品中。

最简单形式的本发明的吸收用品仅需包括通常是相对不透液的底片、采集材料和高吸入聚合物泡沫。将上述部件相连从而采集材料最靠近吸收用品的穿用者的流体排放区或冲击区。接着是底片所支持的高吸入聚合物泡沫。不透液的底片可以包括任何材料如厚度为1.5密耳(0.038毫米)的聚乙烯或聚丙烯，其将有助于将流体保持在吸收用品内。

更通常地，这些吸收用品也包括覆盖吸收用品的接触穿用者皮肤的一侧的透液的顶片元件。在该构型中，用品包括吸收芯，其包括一个或多个位于顶片和底片之间的本发明的泡沫结构。透液的顶片可以包括任何基本上是多孔的并允许体液容易在其中通过并进入下层的吸收芯的材料，如聚酯、聚烯烃、人造纤维等。顶片材料优选不具有将含水流体保持在顶片和穿用者皮肤之间的接触区域内的倾向。

本发明的吸收用品实施方案的吸收芯可以只由一个或多个这些泡沫结构构成。例如，吸收芯可以包括单一的整体的泡沫片，其根据需要或需要最适配其将要使用的吸收用品的类型而进行成形。另一方面，吸收芯可以包含多个可以用粘合剂粘合在一起的泡沫片或颗粒或其可以通过包封薄纸的外覆层或通过吸收用品的底片和顶片简单地束缚成非粘合的固定在一起的聚集体。

除本发明的一个或多个吸收性泡沫结构外，本发明的吸收芯也可以包括其它如常规的元件或材料。例如，本文的吸收用品可以使用包括本文的吸收泡沫结构和常规吸收材料的颗粒或片的组合(如气流成网的混合物)，如a)木浆或其它纤维素纤维，b)HFAP的颗粒或纤维。

在包括本文所述的吸收泡沫和其它吸收材料的组合的实施方案中，吸收材料可以采用多层吸收芯构型，其中含有一个或多个本发明的泡沫结构的芯层与一个或多个其它的含有其它吸收结构或材料的独立的芯层结合使用。例如，这些其它吸收芯结构或材料可以包括木浆或其它纤维素纤维的气流成网的或湿法成网的网面。这些其它吸收结构也可以包括其它类型的泡沫，如用作流体采集/分配部件的吸收泡沫或甚至海绵，如上文的USP5,563,179中所公开的那些。这些其它吸收结构也可以包括如多至80％重量的通常用于将采集并存留含水流体的吸收用品中的那种类型的聚合物凝胶剂的颗粒或纤维。该类型的HFAP及其在吸收用品中的应用更详细地在1988年4月19日再授权的US再授权专利32,649(Brandt等人)中作了描述，将该专利引入本文作为参考。

这些吸收用品的实施方案采用了具有位于用品的穿用者的流体排泄区内的流体处置层的多层吸收芯。该流体处置层可以呈高度蓬松的无纺吸收泡沫或纤维状集合体的形式。一种优选形式的流体采集/分配层含有一层改性的纤维素纤维(如硬挺的卷曲的纤维素纤维)和任选占该流体采集/分配层重量的多至10％的HFAP。这类优选的吸收用品的流体采集/分配层中所用的改性的纤维素纤维优选是已经通过化学和/或加热处理而硬挺和卷曲的木浆纤维。这类改性的纤维素纤维于1990年6月19日授予Lash等人的USP4,935,622中所述的吸收用品中所用的类型相同，将所述专利引入本文作为参考。

一个优选的实施方案提供了上层采集层、中间流体分配层和本发明的高吸入聚合物泡沫，所述中间流体分配层的类型如1998年3月13日由DesMarais等人提交的美国专利申请流水号…、题目为“用于分配含水液体的吸收材料”(P&G案号7051)所述的类型或1996年4月17日由G.Seger等人提交的共同待审的美国专利申请流水号08/633,630中所述的类型相同，将上述每个申请的公开内容引入本文作为参考。对于本发明的目的来说，多层吸收芯的“上层”是相对靠近穿用者的身体的层，如最靠近用品的顶片的层。术语“下层”意义相反，指相对远离穿用者身体的多层吸收芯的一层，如最靠近底片的层。该流体分配层通常位于(上面的)流体处置层和(下面的)高吸入储存层之间，并且与其流体相通。可以将本发明的吸收泡沫结构用在位于含有硬挺的卷曲的纤维素纤维的上层流体采集/分配层下面的下层流体储存层中的吸收用品在1992年9月15日授予Yong等人的USP5,147,345中作了更详细的描述，将所述专利引入本发明作为参考。多层吸收芯的制备也可以根据1995年8月30日提交的G.D.Lavon等人的共同待审的美国专利申请流水号08/521,556进行，将所述专利引入本文作为参考，其中流体储存/分配层含有本发明的吸收泡沫。

另一个优选的实施方案需要各种吸收芯元件的进一步分离。该优选的吸收芯包含仅围绕穿用者裆区的收集层以控制起始的快速流体喷涌。分配层被垂直定位于收集层的前面和后面，以便芯吸流出裆区的流体，不是仅从前面到后面。储存层被定位于收集层之上的位置(设想穿用者处于站立位置)并仅与分配材料接触。储存层必须能够吸收从分配层流出的流体，克服由于重力和分配材料解吸压形成的力。所述的产品在排泄之间的时间内从裆区排出流体，使得收集区相对干燥并准备进一步吸收流体。这进一步保持了服装的形状，并使得裆区相对干燥，使皮肤更健康。

图1显示了尿布60的一个优选实施方案，其中顶片61和底片62是同时延伸的(co-extensive)，且其长度和宽度尺寸通常大于吸收芯28的长度和宽度尺寸。顶片61连接并叠加在底片62上，从而形成尿布60的周边。周边限定了尿布60的外周长或边缘。

顶片61是柔顺的，摸上去柔软的且对使用者皮肤无刺激的。另外，顶片61是透液的，允许体液易于透过其厚度。合适的顶片61可由广泛范围的材料制成，例如多孔泡沫、网状泡沫、多孔塑料膜、天然纤维(如木纤维或棉纤维)、合成纤维(如聚酯或聚丙烯纤维)或天然纤维和合成纤维的混纺纤维。在一个实施方案中，顶片61由疏水性材料制成，使得穿用者的皮肤与吸收芯10中的流体分离。特别优选的顶片61包含具有约1.5旦的扯样长度聚丙烯纤维，例如由Hercules,Inc.of Wilmington,Delaware销售的Hercules型151聚丙烯。正如这里所用的，术语“扯样长度纤维”指的是具有长度至少约为15.9mm(0.62英寸)的那些纤维。

存在许多能够用于生产顶片61的生产技术。例如，顶片61可以是纺织的、无纺的、纺粘的、粗梳的等。优选的顶片是粗梳的，由纺织领域中熟练人员公知的方法热粘结。优选地，顶片61的重量是约18～约25g/m²，纵向的最小干燥抗拉强度至少约400g/cm，横向湿态抗拉强度至少约55g/cm。

虽然优选使顶片作为距离穿用者皮肤最近的材料，但是这不是必须的。考虑可以使用没有顶片的合适的吸收芯构型，且仍然产生所需的结果例如舒适和吸收性以及生产的简便性和节省材料成本。例如，吸收芯本身的体侧表面可由代替单独顶片的透液的、柔顺的、柔软的且无刺激的材料制成。这样的吸收芯仅需要与底片一起使用，以提供吸收用品的舒适性和吸收性。

底片62是不透流体的，并优选由塑料薄膜制成，虽然也可以使用其它柔软的不透流体的材料。底片62阻止吸收芯10中吸收和含有的流出物润湿接触尿布60的物品例如床单和内衣。优选地，底片62是厚度为约0.012mm(0.5密尔)～约0.051cm(2.0密尔)的聚乙烯膜，虽然能够使用其它柔软的不透流体的材料。正如这里所用的，术语“柔软”指的是柔顺和容易与穿用者身体的大体形状和轮廓一致的材料。

合适的聚乙烯膜由Monsanto Chemical Corporation生产并以FilmNo.8020销售。优选对底片62进行压纹和/或消光处理以便其外观更象织物。另外，底片62可以是“透气的”，允许蒸汽从吸收芯28中逸出，但还防止流出物流过底片62。考虑到非常透气但基本上不透流体的底片对于某些吸收用品来说是需要的。

底片62的尺寸由吸收芯28的尺寸和选择的精确尿布设计所泱定。在一个优选的实施方案中，底片62具有改进的沙漏型，在整个尿布周边延伸到吸收芯28之外的最小距离至少约为1.3cm～至少约为2.5cm(约0.5～约1.0英寸)。

顶片61和底片62以任何合适的方式连接在一起。如此处所用，术语“连接(ioined)”包括通过将顶片61直接固定在底片62上的方式将顶片61直接与底片62固定在一起的构型，和通过将顶片61固定在中间部件上，该中间部件又固定在底片62上的方式将顶片61间接地与底片62固定在一起的构型。在优选的实施方案中，顶片61和底片62通过连接方式(未示出)例如粘结剂或本领域已知的任何其它连接方式，顶片61和底片62沿其周边相互直接连接起来。例如，一个均匀连续的粘合剂层、一个粘合剂构图层或粘合剂的分离的线或点的排列能够被用于将顶片61固定到底片62上。

通常将带状紧固件(tape tab fastners)65施加到尿布60的腰带区63处，以提供将尿布固定在穿用者身上的紧固方式。所述带状紧固件65仅是代表性的。带状紧固件可以是本领域公知的那些，例如引入本文供参考的1974年11月19日授权的美国专利US3,848,594(Buell)中公开的紧固带。这些带状紧固件或其它尿布紧固装置通常在接近尿布60的边角处施用。

弹性部件69邻近尿布60的周边布置，优选沿着每一纵向边缘64，使得弹性部件拉住并将尿布60固定于穿用者的腿部。另外，可以邻近尿布60的一个或两个腰带区63布置弹性部件67以提供腰带以及腿箍(或者而不是腿箍)。例如，合适的腰带公开于引入本文供参考的1985年5月7日授权的美国专利US4,515,595(Kievit等)中。另外，适合于生产具有弹性可收缩弹性部件的一次性尿布的方法和设备描述于引入本文供参考的1978年3月28日授权的美国专利US4,081,301(Buell)中。

弹性部件在弹性可收缩状态下被固定在尿布60上，使得在正常未受限制的构型中，弹性部件有效收缩或聚集尿布60。弹性部件能够以至少两种方式固定在弹性可收缩状态下。例如，在尿布60处于非收缩状态下时，弹性部件可以被伸展和固定。或者，在弹性部件处于其未松弛或未伸展状态下时，尿布60可以例如通过打褶而收缩，且弹性部件固定并连接到尿布60上。弹性部件可沿着尿布60的部分长度延伸。另外，弹性部件可延伸到尿布60的整个长度，或延伸到适于提供弹性可收缩线的任意其它长度。弹性部件的长度由尿布设计所决定。

在使用中，通过将腰带区定位在穿用者的后背下面，并将尿布60的其余部分拉在穿用者的腿间，使得其它腰带区定位于穿用者的前面，来将尿布60施用于穿用者。然后，优选将带状65或其它紧固件固定在尿布60的面朝外的区域上。在使用中，引入了本发明流体吸收部件中的一次性尿布或其它吸收用品趋于更快速和有效地分配和储存流体并由于流体吸收部件的高吸收容量而保持干爽。引入了本发明流体吸收部件的一次性尿布也可以是更薄和更柔软的。

当用作一次性尿布60中的吸收芯时，本发明芯28的优选实施方案是将其定位，使得收集条52与顶片61流体交换，并用于快速收集身体排出物并将其分配至吸收分配条51中。通过提供界面粘结和阻止顶片分离阻碍流体流动，吸收条52与顶片61的粘结可增强流体交换。本发明的分配材料51在芯28的x和y方向上移动流体，接着被通常表示为10的含有本发明的高吸收泡沫的流体储存部件解吸。虽然部件52和51通常表示为成直线和具有相同尺寸，但是可以使用其它形状和尺寸关系的部件。正如所示，通常成直线的部件具有相应于适用于一次性尿布的裆区66宽度的宽度53。同样，可变化各个芯部件的长度，以适合于各个穿用者尺寸。如图1中所示，储存部件10能够包含两个单独的含有本发明的泡沫的储存部件20和30，使得没有定位于尿布的流体排出区的吸收储存部件。因为这样的吸收芯10在芯的中央(对应于芯的裆区或流体排出区)具有很少或没有流体储存材料(应该认识到，分配材料51可具有非常大的储存容量并含有流体，至少直到它被更高吸收性的储存材料所解吸)，含有此类芯的用品可提供改进的适体性和穿用者的舒适性，当用品干燥和在其接收了一些体液负载时都是如此。参见例如由G.Young等在1997年3月27日申请的共同未决美国专利申请系列号08/825,072、由G.LaVon等在1997年3月27日申请的共同未决美国专利申请系列号08/825,071和由Young等在1997年3月27日申请的共同未决美国专利申请系列号08/826,208。

图2a描述了具有两个独立元件20和30的吸收芯28的分解图，每一个都由含有本发明的高吸收性泡沫的吸收储存材料组成，其中这些储存元件会解吸分配材料51。前片20通常对应于穿用在穿用者前面的一次性尿布部分。同样地，后片30对应于穿用在穿用者后面的一次性尿布的部分。在吸收芯包含单独流体储存元件(类似于图1和图2a中的元件20和30)的可选择的设计中，分配层可定位在收集层和储存元件的下面。即，参照图1，分配材料51会定位于收集材料52和储存元件20和30的下面。

或者，储存元件10可以是本发明的吸收储存材料的单一层(即图1中的破折线70表示储存部件10包括在用品的流体排出区中)。吸收芯28的如此的实施方案在图2b中有述。

在一个实施方案中，吸收条52可以是流体处理层，以高度蓬松的无纺织物的形式定位于用品穿用者的流体排出区，但是优选以包含改进纤维素纤维例如硬挺卷曲纤维素纤维的层的流体收集形式，其量任选多达该聚合物胶凝剂的该流体收集/分配层重量的约10％。用于此类优选的吸收用品的流体收集层52中的改进纤维素纤维优选是木浆纤维，其已通过化学和/或热处理方法进行硬挺和卷曲。此类改进的纤维素纤维与引入本文供参考的1990年6月19日授权的美国专利US4,935,622(Lash等)中使用的类型相同。优选的实施方案是其中流体储存层51如下面文件所述的那些，所述文件包括：共同待审美国申请，顺序号，由T.A.DesMarais等在1998年3月13日申请，标题是“ABSORBENT MATERIAL FOR DISTRIBUTING AQUEOUSLIQUIDS”(用于分配含水流体的吸收材料)(P&G案号7051)；1996年4月17日由G.Seger等提交的共同待审美国专利申请系列号08/633,630，这里每篇均引作参考。该流体分配层通常定位于(上面的)流体处理和(下面的)更高吸收性储存层之间，并在其中进行流体交换。

如这里所用，“一次性”吸收用品是打算在一次使用后丢弃的那些(即整个原始吸收用品不是用来被清洗或以其它方式被再恢复或再用作吸收用品，虽然某些材料或所有吸收用品可被再回收、再回用或制成堆肥)。如这里所用，术语“尿布，，指的是通常由婴儿或失禁者穿用在穿用者下躯周围的服装。然而，应该理解的是，本发明也适用于其它吸收用品，例如失禁三角裤、失禁垫、训练裤、尿布衬垫、月经垫、卫生巾、棉塞、绷带、面巾纸、纸巾等。

可以采用本发明的吸收泡沫结构的另一种类型的吸收材料包括适配型(form-fitting)产品如训练裤。这类适配型用品通常包括制作成呈三角裤或短裤形式的框架(chassis)的无纺、柔软底物。然后，本发明的吸收泡沫结构可以固定在所述框架的裆区以用作吸收“芯”。该吸收芯通常用包封薄纸或其它透液的无纺材料在外部包裹起来。从而，这类芯包裹物用作适配型吸收用品的“顶片”。

形成适配型用品的框架的柔软底物可以包括布或纸张或其它种类的无纺底物或成形薄膜，且可以被弹性化或以其它方式可拉伸。这类训练裤用品的腿带或腰带能够以常规的方式弹性化以改进用品的适配性。通过处理或涂敷其一个表面或通过用另一相对不透液的底物层覆盖该柔软底物，使这类底物通常相对不透液或至少不易透液，借此使整个框架相对不透液。在这种情况下，框架本身用作适配型用品的“底片”。这种类型的典型的训练裤产品在1986年10月28日授权的US4,619,649(Roberts)中作了描述，将该专利引入本文作为参考。

Ⅳ．测试方法

A．毛细吸收压

毛细吸收等温曲线是使用US5387207(Dyer等，1995年2月7日授权，此处引入作为参考)的测试方法部分所述的垂直芯吸吸收容量试验得出的，只是是在31℃而不是在37℃进行。曲线是以每段的吸收容量作为芯吸高度的函数作图，使用水池顶部到每段的中点的距离作为高度h。毛细吸收压被看作是吸收容量为材料的自由吸收容量(即，在0厘米高度时的容量)的一半的材料的高度。

B．垂直悬挂吸收高度(VHSH)和垂直芯吸容量

垂直悬挂吸收高度(VHSH)试验是通过挑选宽度通常为约1厘米的长度合适的(通常至少60厘米)泡沫条进行的。将该条悬挂在温度恒定在31℃的室中，采用夹子悬挂该条。将条的底部浸没在也保持在31℃的测试流体中。测试流体优选是如1997年2月4日授予Goldman等人的USP5,599,335中所述的合成尿，将该专利的公开内容引入本文作为参考。随着时间推移，测试流体将沿着条向上芯吸并到达一平衡点，在该平衡点处不再发生进一步的芯吸作用。可以对测试流体进行染色以便于平衡点的确定。必须小心以防止样品的蒸发，如将其装在玻璃管内，在该玻璃管内玻璃不接触样品，并将样品管适当地加盖。对于本发明的材料来说，需要到达平衡的时间可以变化，时间范围为约24至96小时或更长。当在1小时期间观察不到芯吸流体高度的明显变化，则认为已经到达平衡。

小心地从测试室中取出测试条以避免挤出其中所含的流体。将该条切割成长度为2.5厘米的小段，对每段进行称重。为了方便起见，可以将完全膨胀高度的约50％之下的起始段切割成长度为2英寸(5.1厘米)的小段。将这些重量除以泡沫的干重以计算出不同泡沫高度处的容量(克/克)。通过将容量对小段取自的高度进行作图，可以得到如图5所示的图。在X％下的高度是在泡沫内保持0厘米容量(或FAC)的X％时的高度(厘米)。重要的典型值是在90％下的VHSH。原则上，X可以是任何值。根据发明人的经验，在X=90％处得到最具有再现性的VHSH测量值。对本领域普通技术人员来说，该单一点的值并不能完全表达容量对高度图中所得到的曲线的形状。但是，该单一点用作本发明泡沫的实际的比较点。

通过VHSH试验可以确定不同吸入高度处的垂直芯吸吸收容量。参见，USP5,387,207的测试部分所述的对垂直芯吸吸收容量试验的描述。(如上所述，唯一的改变是试验是在31℃而不是37℃进行。)

V．具体实施例

这些实施例说明了根据本发明的塌陷的高吸入HIPE泡沫的具体制备方法。在下面的表1中概括了这些制备的泡沫的物理性质。另外，在图3中图示了这些泡沫的垂直芯吸容量。现有技术的泡沫，在表1中称为“比较例”的相应的数据也示在表1和图3的图片中。正如所看出的那样，在相对高的高度下(如50厘米)，本发明的泡沫比现有技术的衍生于HIPE的泡沫具有明显大的吸收容量。本发明的泡沫也比现有技术的泡沫具有明显高的90％VHSH值。

实施例1：由HIPE制备泡沫

A) HIPE的制备

将无水的氯化钙(36.32kg)和过硫酸钾(189g)溶于378升水中。这为生成HIPE乳液的连续法提供了所使用的水相液流。

向包含2640g蒸馏的二乙烯基苯(42.4％二乙烯基苯和57.6％乙基苯乙烯)，4400g丙烯酸2-乙基己酯和960g己二醇二丙烯酸酯的单体混合物中加入480g二甘油单油酸酯乳化剂、80g二牛脂二甲基甲酯硫酸铵和20gTinuvin765。二甘油单油酸酯乳化剂(Grindsted的产品；Brabrand,Denmark)包含约81％的二甘油单油酸酯，1％其它二甘油单酯，3％多元醇和15％其它多甘油酯，该乳化剂赋予最小油/水界面张力值为约2.7达因/厘米，其油/水临界凝聚浓度为约2.8wt.％。混合后，将该混合物静置过夜。没有形成可见的残渣，取出所有的混合物用于形成HIPE乳液的连续方法的油相。

将油相(25℃)和水相(53～55℃)两独立液流送入动态搅拌器中。用针式高速搅拌机使组合物流在动态混合装置中实现彻底混合。该针式高速搅拌机包括一长约36.5cm直径约2.9cm的圆柱形轴。轴上有6排针，3排有33根针，3排有34根针，每一级的三根针的每一个彼此之间以120°的角分布，下一级与其相邻级以60°的角分布，每级之间相隔0.03毫米，每根直径均为0.5cm，从轴的中心轴向外伸出的长度为1.5厘米。针式高速搅拌机安装在一圆柱形套筒上形成动态搅拌装置，针与圆柱套筒壁之间有1.5mm的间隙。

取出一小部分排出动态混合装置的流出物进入循环区，如共同待审美国申请顺序号08/716,510(1996年9月17日由DesMarais提交，此处引入作为参考)的图1所示。循环区的Waukesha泵将这一小部分返回到油相和水相液流进入动态混合区的入口点。

一静态混合器(TAH Industries型号100-812)具有12个元件，外径为1英寸(2.5厘米)。在静态混合器的下游安装一软管以方便乳液输送到用于固化的装置。任选地，采用一附加的静态混合器以提供附加的背压使软管保持充满。该任选的静态混合器可以是1英寸(2.5厘米)的管，12元件混和器(McMaster-Carr型号3529K53)。

往组合的混合循环装置中按4份水1份油的比率装入油相和水相。给动态混合装置通风以在完全装满装置时排出空气。装料期间的流动速率为7.57克/秒油相和30.3毫升/秒水相。

一旦装满装置，动态混合器开始搅拌，搅拌器转动速率为1750RPM(转/分)，且以30毫升/秒的速率开始循环。然后，水相流动速率在约1分钟内平稳增加到151.3毫升/秒，而油相流动速率在约3分钟内减少到3.03克/秒。循环速率在后一时间段内平稳增加到约150毫升/秒。此时动态区和静态混合器产生的背压为约19.9PSI(137kPa)，这代表体系的总压力降。然后Waukesha泵(型号30)的速率平稳降低以产生约75毫升/秒的循环速率。

B)HIPE的聚合

此时由静态混合器流出的HIPE收集在直径40英寸(102cm)高12.5英寸(31.8cm)的圆形聚乙烯槽中，其具有可拆除的侧面，就象煎饼中所用的弹簧型锅那样。将一底部直径为12.5英寸(31.8厘米)的管状聚乙烯衬垫牢固安装在底部中心，其高度为12.5英寸(31.8厘米)。将装有HIPE的槽保存在65℃的房间内18小时以进行聚合壁并形成泡沫。

C)泡沫的洗涤和脱水

从固化槽中取出固化的HIPE泡沫。此时的泡沫含有聚合单体重量的约48-52倍(48-52X)的残留水相，其中该水相含有溶解的乳化剂、电解质、引发剂残渣和引发剂。用锋利的往复式锯片将泡沫切成片，片的厚度为0.185英寸(4.7毫米)。然后将这些片在串联的2个装有真空的多孔压辊之间压缩，将泡沫中的残余水相含量逐渐减少到聚合物质重量的约6倍(6X)。此时，然后将片用1.5％的CaCl₂水溶液在60℃再饱和；并在串联的3个装有真空的多孔压辊之间压缩到水相含量为约4X。泡沫的CaCl₂含量在8至10％之间。

在最终压辊后泡沫保持压缩在约0.021英寸(0.053厘米)的厚度。然后，将泡沫在空气中干燥约16小时。这种干燥将水分含量减少到聚合物质重量的约9-17％。此时，泡沫片是易下垂的，且是“干后薄形的”(“thin-after-drying”)。

实施例2

由HIPE制备泡沫

A) HIPE的制备

根据实施例1制备用于形成HIPE乳液的连续法中所使用的水相和油相液流。将油相(25℃)和水相(53～55℃)两独立液流送入实施例1所述的动态搅拌装置中。

一旦装满装置，动态混合器开始搅拌，搅拌器转动速率为1750RPM(转/分)，且以30毫升/秒的速率开始循环。然后，水相流动速率在约1分钟内平稳增加到151.3毫升/秒，而油相流动速率在约3分钟内减少到3.03克/秒。循环速率在后一时间段内平稳增加到约150毫升/秒。此时动态区和静态混合器产生的背压为约19.7PSI(136kPa)，这代表体系的总压力降。然后Waukesha泵的速率平稳降低以产生约75毫升/秒的循环速率。

B)HIPE的聚合/固化

如实施例1所述，收集此时从静态混和器流出的HIPE，并将其固化成聚合物泡沫。

C)泡沫的洗涤和脱水

从固化槽中取出固化的HIPE泡沫。此时的泡沫含有聚合单体重量的约43-47倍(43-47X)的残留水相，其中该水相含有溶解的乳化剂、电解质、引发剂残渣和引发剂。用锋利的往复式锯片将泡沫切成片，片的厚度为0.185英寸(4.7毫米)。然后将这些片在串联的2个装有真空的多孔压辊之间压缩，将泡沫中的残余水相含量逐渐减少到聚合物质重量的约6倍(6X)。此时，然后将片用1.5％的CaCl₂水溶液在60℃再饱和；并在串联的3个装有真空的多孔压辊之间压缩到水相含量为约4X。泡沫的CaCl₂含量在8至10％之间。

在最终压辊后泡沫保持压缩在约0.028英寸(0.071厘米)的厚度。然后，将泡沫在空气中干燥约16小时。这种干燥将水分含量减少到聚合物质重量的约9-17％。此时，泡沫片是易下垂的，且是“干后薄形的”(“thin-after-drying”)。

实施例3

由HIPE制备泡沫

A) HIPE的制备

一旦装满装置，动态混合器开始搅拌，搅拌器转动速率为1750RPM(转/分)，且以30毫升/秒的速率开始循环。然后，水相流动速率在约1分钟内平稳增加到151.3毫升/秒，而油相流动速率在约3分钟内减少到3.78克/秒。循环速率在后一时间段内平稳增加到约150毫升/秒。此时动态区和静态混合器产生的背压为约18.7PSI(129kPa)，这代表体系的总压力降。然后Waukesha泵的速率平稳降低以产生约75毫升/秒的循环速率。

B)HIPE的聚合/固化

C)泡沫的洗涤和脱水

从固化槽中取出固化的HIPE泡沫。此时的泡沫含有聚合单体重量的约38-42倍(38-42X)的残留水相，其中该水相含有溶解的乳化剂、电解质、引发剂残渣和引发剂。用锋利的往复式锯片将泡沫切成片，片的厚度为0.185英寸(4.7毫米)。然后将这些片在串联的2个装有真空的多孔压辊之间压缩，将泡沫中的残余水相含量逐渐减少到聚合物质重量的约6倍(6X)。此时，然后将片用1.5％的CaCl₂水溶液在60℃再饱和；并在串联的3个装有真空的多孔压辊之间压缩到水相含量为约4X。泡沫的CaCl₂含量在8至10％之间。在最终压辊后泡沫保持压缩在约0.028英寸(0.071厘米)的厚度。然后，将泡沫在空气中干燥约16小时。这种干燥将水分含量减少到聚合物质重量的约9-17％。此时，泡沫片是易下垂的，且是“干后薄形的”(“thin-after-drying”)。

表1

	水∶油的比例(毫升/克)	毛细吸收压力(厘米)	50厘米处的容量(克/克)	平衡90％VHSH(克/克)
	水∶油的比例(毫升/克)	毛细吸收压力(厘米)	50厘米处的容量(克/克)	平衡90％VHSH(克/克)	实施例1	50∶1	62	45	60厘米
实施例2	45∶1	74	38	70厘米	实施例1	50∶1	62	45	60厘米
实施例2	45∶1	74	38	70厘米	实施例3	40∶1	85^**	35	80厘米
比较例^*	60∶1	40	22^***	36厘米	实施例3	40∶1	85^**	35	80厘米

^*：该泡沫基本上如USP5,650,222的实施例2的泡沫的制备方法相同，不同的是，对油相进行改变使其组分与上述实施例1-3中的所述相同。

^**：投影值

^***：在41厘米处的值，合理的投影是在50厘米处20克/克。

Claims

1．一种具有互连开孔的可塌陷的聚合物泡沫结构，在与含水流体接触时，该聚合物泡沫结构可以膨胀并吸收流体，所述聚合物泡沫结构在50厘米的静水压头下的垂直芯吸吸收容量至少为25克/克。

2．权利要求1的可塌陷的聚合物泡沫结构，在50厘米的静水压头下，其垂直芯吸吸收容量至少为25克/克、优选至少为30克/克。

3．一种具有互连开孔的可塌陷的聚合物泡沫结构，在与含水流体接触时，该聚合物泡沫结构可以膨胀并吸收流体，所述聚合物泡沫结构的平衡90％垂直悬挂吸收高度(VHSH)为至少60厘米。

4．权利要求3的可塌陷的聚合物泡沫结构，其具有的平衡90％垂直悬挂吸收高度(VHSH)为至少70厘米、优选至少80厘米。

5．权利要求1-4中任一项的可塌陷的聚合物泡沫结构，其具有的毛细吸收压力为至少45厘米、优选至少55厘米。

6．权利要求1-5中任一项的可塌陷的聚合物泡沫结构，在限定压力为5.1kPa下测量的耐压缩形变为20％或更低。

7．权利要求1-6中任一项的可塌陷的聚合物泡沫结构，其具有的膨胀厚度与塌陷厚度的比例为至少4∶1。

8．权利要求1、2、5、6或7的可塌陷的聚合物泡沫结构，其特征在于聚合物泡沫结构具有的平衡90％垂直悬挂吸收高度(VHSH)为至少60厘米。

9．一种制备具有互连开孔的可塌陷的聚合物泡沫结构的方法，在与含水流体接触时，该聚合物泡沫结构可以膨胀并吸收流体，该方法包括下列步骤：

1)一油相，包含：

ⅱ)10至30％重量的至少一种基本上不溶于水的能提供与苯乙烯所提供的韧度相等的单官能共聚单体；

ⅲ)5至25％重量的基本上不溶于水的第一多官能交联剂，该交联剂选自：二乙烯基苯，三乙烯基苯，二乙烯基甲苯，二乙烯基二甲苯，二乙烯基萘，二乙烯基烷基苯，二乙烯基菲，二乙烯基联苯，二乙烯基二苯基甲烷，二乙烯基苄基，二乙烯基苯基醚，二乙烯基二苯基硫醚，二乙烯基呋喃，二乙烯基硫醚，二乙烯基砜，四[2-乙氧基丙烯酰氧基]硅烷及其混合物；和

ⅳ)0至15％重量的基本上不溶于水的第二多官能交联剂，该交联剂选自：多官能的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺及其混合物；和

b) 2至15％重量的一乳化剂组份，该乳化剂组分能溶于油相且能够形成稳定的油包水乳液，所述乳化剂组份包含至少40％重量乳化组份的第一乳化剂，该第一乳化剂选自由下列物质组成的组：支化C₁₆-C₂₂脂肪酸的双甘油单酯，线性不饱和C₁₆-C₂₂脂肪酸的双甘油单酯和线性饱和C₁₂-C₁₄脂肪酸的双甘油单酯；支化C₁₆-C₂₄脂肪酸的脱水山梨醇单酯，线性不饱和C₁₆-C₂₂脂肪酸的脱水山梨醇单酯，线性饱和C₁₂-C₁₄脂肪酸的脱水山梨醇单酯；支化C₁₆-C₂₄醇的二甘油单脂族醚，线性不饱和C₁₆-C₂₂醇的二甘油单脂族醚，线性饱和C₁₂-C₁₄醇的二甘油单脂族醚，及其混合物；和

2)一水相，包含一种水溶液含有：(a)0.2至20％重量的可溶于水的电解质；和(b)有效量的聚合引发剂；

3)水相与油相的重量比在30∶1至100∶1的范围内；和

10．权利要求9的方法，其特征在于：该油包水乳液在不大于5400秒^-1的剪切速率下、优选在不大于4800秒^-1的剪切速率下形成。

11．一种特别适合于吸收和保留含水体液的吸收用品，所述用品包括：

Ⅰ)一底片；和

Ⅱ)一与所述底片相连接的吸收芯，所述吸收芯置于所述底片和用品的使用者的流体排放区域之间，所述吸收芯包含权利要求1-9中任一项的泡沫结构。

12．一种用于吸收失禁者排泄的含水体液的尿布，所述尿布包括：

Ⅰ)一相对不透液的底片；

Ⅱ)一相对透液的顶片；和

Ⅲ)一位于底片和顶片之间的吸收芯，该吸收芯包含具有互连开孔的可塌陷的聚合物泡沫结构，在与含水体液接触时，该聚合物泡沫结构膨胀并吸收含水体液，该聚合物泡沫结构具有的平衡90％垂直悬挂吸收高度(VHSH)为至少60厘米。